JP2009284604A - 電力変換装置 - Google Patents

電力変換装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2009284604A
JP2009284604A JP2008132264A JP2008132264A JP2009284604A JP 2009284604 A JP2009284604 A JP 2009284604A JP 2008132264 A JP2008132264 A JP 2008132264A JP 2008132264 A JP2008132264 A JP 2008132264A JP 2009284604 A JP2009284604 A JP 2009284604A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
tip
inductance
junction
joint
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2008132264A
Other languages
English (en)
Other versions
JP4561874B2 (ja
Inventor
Naoto Kanie
直人 蟹江
Toshiaki Nagase
俊昭 長瀬
Hiroyuki Kobayashi
裕幸 小林
Toshishige Fukatsu
利成 深津
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Industries Corp
Original Assignee
Toyota Industries Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Industries Corp filed Critical Toyota Industries Corp
Priority to JP2008132264A priority Critical patent/JP4561874B2/ja
Priority to EP09004350.6A priority patent/EP2124325B1/en
Priority to US12/465,014 priority patent/US8045352B2/en
Priority to CN200910142974.2A priority patent/CN101588142A/zh
Publication of JP2009284604A publication Critical patent/JP2009284604A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4561874B2 publication Critical patent/JP4561874B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/14Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1422Printed circuit boards receptacles, e.g. stacked structures, electronic circuit modules or box like frames
    • H05K7/1427Housings
    • H05K7/1432Housings specially adapted for power drive units or power converters
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/14Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1422Printed circuit boards receptacles, e.g. stacked structures, electronic circuit modules or box like frames
    • H05K7/1427Housings
    • H05K7/1432Housings specially adapted for power drive units or power converters
    • H05K7/14329Housings specially adapted for power drive units or power converters specially adapted for the configuration of power bus bars
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1301Thyristor
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1301Thyristor
    • H01L2924/13034Silicon Controlled Rectifier [SCR]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1305Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1305Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1306Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13091Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]

Abstract

【課題】上アーム及び下アームの各スイッチング素子が複数の半導体チップを並列に接続して構成された電力変換装置において、電源用のコンデンサから半導体チップを経て出力電極との接合部までの経路長の違いに起因する電流、電圧のアンバランスを抑制する。
【解決手段】複数の半導体チップ23を並列に接続して各アームのスイッチング素子を構成するとともに、複数の半導体チップ23は2つのグループに同数ずつ分けられた状態で回路パターン24b上に実装されている。正極端子29aから一方の端子部27aの接合部27bまでの電流経路37のインダクタンスL1と、第1接合部35aから電極部34の先端34bまで電流経路39のインダクタンスL3との和が、正極端子29aから他方の端子部27aの接合部27bまでの電流経路38のインダクタンスL2と、第2接合部36aから電極部34の先端34bまでの電流経路40のインダクタンスL4との和に設定されている。
【選択図】図5

Description

本発明は電力変換装置に係り、詳しくは上アーム及び下アームの各スイッチング素子が複数の半導体チップを並列に接続して構成され、電源用のコンデンサを備えた電力変換装置に関する。
直流を交流に変換する3相の電力変換装置(インバータ装置)は、図9(a)に示すように、6個のスイッチング素子Q1〜Q6を有するインバータ回路62を備えており、第1及び第2のスイッチング素子Q1,Q2、第3及び第4のスイッチング素子Q3,Q4、第5及び第6のスイッチング素子Q5,Q6がそれぞれ直列に接続されている。各スイッチング素子Q1〜Q6のドレインとソース間には、ダイオードD1〜D6が、逆並列に接続されている。第1、第3及び第5のスイッチング素子Q1,Q3,Q5及び各第1、第3及び第5のスイッチング素子Q1,Q3,Q5に接続されたダイオードD1,D3,D5の組はそれぞれ上アームと呼ばれる。また、第2、第4及び第6のスイッチング素子Q2,Q4,Q6及び第2、第4及び第6のスイッチング素子Q2,Q4,Q6に接続されたダイオードD2,D4,D6の組はそれぞれ下アームと呼ばれる。
第1、第3及び第5のスイッチング素子Q1,Q3,Q5のドレインが、配線63を介して電源入力用のプラス入力端子64に接続され、第2、第4及び第6のスイッチング素子Q2,Q4,Q6のソースが、配線65を介して電源入力用のマイナス入力端子66に接続されている。配線63及び配線65間にはコンデンサ67が複数並列に接続されている。コンデンサ67の正極(プラス)端子が配線63に接続され、コンデンサ67の負極(マイナス)端子が配線65に接続されている。図9(a)では各上アーム及び各下アームがそれぞれ、1個のスイッチング素子及び1個のダイオードで示されているが、大電力が使用される電力変換装置では、各アームは、図9(b)に示すように、スイッチング素子QとダイオードDの組が複数並列に接続された構成になっている。
スイッチング素子Q1,Q2の間の接合点(中点)PuはU相端子Uに、スイッチング素子Q3,Q4の間の接合点(中点)PvはV相端子Vに、スイッチング素子Q5,Q6の間の接合点(中点)PwはW相端子Wに、それぞれ接続されている。各スイッチング素子Q1〜Q6のゲートは駆動信号入力端子G1〜G6に接続されている。各スイッチング素子Q1〜Q6のソースは信号端子S1〜S6に接続されている。
電力変換装置では配線のインダクタンスを低減することが必要である。また、スイッチング素子が、並列接続された複数の半導体チップで構成される場合は、コンデンサのプラス端子から上アーム及び下アームの各組の接合点Pu,Pv,Pwまでの各配線(電流経路)のインダクタンスをバランスさせることが重要である。また、大電力が使用される電力変換装置では、半導体チップが実装された回路パターンあるいは半導体チップとワイヤボンディングで接続された回路パターンとコンデンサとを電気的に接続する配線部材として板状導体(バスバー)が使用される(例えば、特許文献1参照。)。
特許文献1では、図10に示すように、バスバー71,72を立体的(重なる状態)に配置する構造において、平面的に見てバスバー71,72と重なり合う半導体スイッチング素子73と、重なり合わない半導体スイッチング素子74との間での不均衡かつ過大なピーク電流の発生を防止することを目的としている。そして、複数の半導体スイッチング素子の各々に対応して設けられ、対応の半導体スイッチング素子のオン及びオフを指示する制御信号に応答した電気的入力を生成して半導体スイッチング素子の制御電極へ与える駆動回路を設けている。駆動回路において、電気的入力が半導体スイッチング素子73の制御電極へ伝達される伝達経路のインピーダンスが、半導体スイッチング素子74の制御電極へ伝達される伝達経路のインピーダンスよりも大きくなるように設計する。また、駆動回路を設ける代わりに、半導体スイッチング素子73とバスバー71とを接続するボンディングワイヤによる接続部分のインピーダンスを、半導体スイッチング素子74とバスバー71とを接続するボンディングワイヤによる接続部分のインピーダンスよりも大きく設計することも提案されている。
特開2005−261035号公報
上アーム及び下アームの各スイッチング素子を、複数の半導体チップを並列に接続して構成した場合、並列接続される各半導体チップの数が多くなった場合にも各半導体チップに電流、電圧がバランスした状態で加わるように、本願発明者は、複数の半導体チップを2つのグループに同数ずつ分けて絶縁基板の回路パターン上に実装するようにした。その場合、1つの上アームについて見ると、コンデンサの正極端子から出力電極までの電流経路は2経路になり、模式的に示すと図11のようになる。図11では各回路パターン上に実装された複数の半導体チップをそれぞれ1つのスイッチング素子Q(MOSFET)で示している。2つの回路パターンに流れる電流を均一にするには、コンデンサの正極端子PTから各MOSFETのドレインまでの電流経路のインダクタンスをL1及びL2とし、各MOSFETのソースから、出力電極との接合点Pまでの電流経路のインダクタンスをL3及びL4にしたとき、L1+L3=L2+L4にする必要がある。
しかし、インバータ装置の小型化を図る場合は、回路パターンとコンデンサとの正極配線部材である板状導体を、両回路パターンとの接合部を備えた端子部の位置が対称となる形状に形成して、コンデンサの正極端子PTを正極配線部材の対称中心に接合しただけでは、前記インダクタンスL1,L2は同じにならない。
また、特許文献1では、平面的に見てバスバーと重なり合う半導体スイッチング素子と、重なり合わない半導体スイッチング素子との間で相互インダクタンスを考慮している。しかし、特許文献1では、図11におけるコンデンサの正極端子PTからスイッチング素子Qまでの距離とスイッチング素子Qから出力電極との接合点Pまでの距離が異なることによりその間のインダクタンスが異なる場合に関しては配慮されていない。また、特許文献1の前者の方法、即ち駆動回路を設ける方法では、構造が複雑になるとともに駆動回路を設けるために余分なスペースが必要になり、装置が大型化するという問題がある。また、後者の方法、即ちボンディングワイヤを用いる方法では、コンデンサのプラス端子からスイッチング素子までの間のインダクタンスのみが配慮されており、スイッチング素子から出力電極との接合点までの間のインダクタンスに関して配慮がなされていない。
本発明の目的は、上アーム及び下アームの各スイッチング素子が複数の半導体チップを並列に接続して構成された電力変換装置において、電源用のコンデンサから半導体チップを経て出力電極との接合部までの経路長の違いに起因する電流、電圧のアンバランスを抑制することにある。
前記の目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、上アーム及び下アームの各スイッチング素子が複数の半導体チップを並列に接続して構成され、電源用のコンデンサの正極端子が、相互に電気的に絶縁された状態で近接して平行に配置された板状導体製の正極用配線部材及び負極用配線部材のうちの正極用配線部材に接合され、前記コンデンサの負極端子が前記負極用配線部材に接合され、板状導体製の出力電極部材が前記上アーム及び下アームの接合点に接合されている電力変換装置である。そして、前記各スイッチング素子の複数の半導体チップは2つのグループに同数ずつ分けられた状態で絶縁基板の回路パターン上に実装され、前記正極用配線部材は、異なる端子部を介して前記2つのグループの半導体チップが実装された回路パターンと電気的に接続されている。前記出力電極部材は、前記上アームの前記一方のグループの半導体チップと電気的に接合された回路パターンに接合された第1接合部と、前記上アームの前記他方のグループの半導体チップと電気的に接合された回路パターンに接合された第2接合部とを備えた本体部と、先端が前記本体部に接合された電極部とを備えている。前記正極端子から前記一方のグループの半導体チップが実装された回路パターンに接合された端子部までの電流経路のインダクタンスをL1、前記正極端子から前記他方のグループの半導体チップが実装された回路パターンに接合された端子部までの電流経路のインダクタンスをL2、前記第1接合部から前記電極部の先端までのインダクタンスをL3、前記第2接合部から前記電極部の先端までのインダクタンスをL4とした場合、L1+L3=L2+L4が成立するように前記出力電極部材を形成した。
この発明では、複数の半導体チップを並列に接続して各アームのスイッチング素子を構成するとともに、複数の半導体チップは2つのグループに同数ずつ分けられた状態で回路パターン上に実装されているため、コンデンサの正極端子から出力電極までの電流経路は2経路になる。しかし、正極端子から回路パターンに接合された一方の端子部までの電流経路のインダクタンスL1と、第1接合部から電極部の先端までのインダクタンスL3との和が、正極端子から回路パターンに接合された他方の端子部までの電流経路のインダクタンスL2と、第2接合部から電極部の先端までのインダクタンスL4との和に設定されている。そのため、上アーム及び下アームの各スイッチング素子が複数の半導体チップを並列に接続して構成された電力変換装置において、電源用のコンデンサから半導体チップを経て出力電極との合流部までの経路長の違いに起因する電流、電圧のアンバランスを抑制することができる。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記出力電極部材は、前記本体部の上面に前記電極部の先端が接合され、前記先端の接合位置が前記本体部の中央からずれることで前記インダクタンスL3と前記インダクタンスL4が異なるように形成されている。この発明では、出力電極部材を構成する本体部の上面に対する電極部の先端の接合位置を本体部の中央からずらすという簡単な構成で、インダクタンスL3及びインダクタンスL4の値を異ならせることができ、接合位置によりインダクタンスL3及びインダクタンスL4の値が適切な値に設定される。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記本体部は、前記電極部の先端の接合位置より前記第2接合部寄りに前記インダクタンスL4を大きくするための孔が形成されている。この発明では、電極部の先端の接合位置を変えずに孔を形成することでインダクタンスL4を調整することができる。
請求項4に記載の発明は、請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の発明において、前記出力電極部材は、前記本体部に、前記第1接合部及び第2接合部に加えて、前記下アームの前記一方のグループの半導体チップと電気的に接合された回路パターンに接合された第3接合部と、前記下アームの前記他方のグループの半導体チップと電気的に接合された回路パターンに接合された第4接合部とを備えている。そして、前記第1接合部から前記電極部の先端の接合位置までの電流経路と、前記第3接合部から前記電極部の先端の接合位置までの電流経路との間隔が前記第1接合部と前記第3接合部との間隔より狭くなり、前記第2接合部から前記電極部の先端の接合位置までの電流経路と、前記第4接合部から前記電極部の先端の接合位置までの電流経路との間隔が前記第2接合部と前記第4接合部との間隔より狭くなるように構成されている。
インバータ装置では、一組の上アーム及び下アームの接合点に接続される出力電極部材は、他の組のアームから負荷に電流が流れる際に、負荷に流れた後の電流がコンデンサの負極に戻る経路の一部を構成する場合がある。そして、ある一組のアームの上アームのスイッチング素子がオンの状態からオフにスイッチングされる際、オフ状態にある下アームのスイッチング素子と逆並列に接続されているダイオードにフライホイール電流が流れる。このとき、フライホイール電流は次第に増加し、スイッチング素子のオン状態のときに流れていた電流は次第に減少する。この発明では、両方の電流経路が近くなって沿う状態になるため、相互作用によりインダクタンスが低減する。
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の発明において、前記出力電極部材は、前記電極部の先端の幅が前記本体部の幅より狭く形成されている。この発明では、本体部の形状を変更せずに電極部の先端の幅を狭くすることで、簡単に第1接合部から電極部の先端の接合位置までの電流経路と、第3接合部から電極部の先端の接合位置までの電流経路との間隔が第1接合部と第3接合部との間隔より狭くなる。また、第2接合部から電極部の先端の接合位置までの電流経路と、第4接合部から電極部の先端の接合位置までの電流経路との間隔が第2接合部と第4接合部との間隔より狭くなる。
請求項6に記載の発明は、請求項4又は請求項5に記載の発明において、前記出力電極部材は、前記本体部の前記各接合部寄りの位置に、前記本体部の幅方向端部から幅方向に延びる切り欠き部が形成されている。したがって、この発明では、切り欠き部の長さと幅を変えることにより、フライホイール電流とスイッチング素子のオン状態のときに流れていた電流との相互作用の程度を調整することができる。
本発明によれば、上アーム及び下アームの各スイッチング素子が複数の半導体チップを並列に接続して構成された電力変換装置において、電源用のコンデンサから半導体チップを経て出力電極との接合部までの経路長の違いに起因する電流、電圧のアンバランスを抑制することができる。
(第1の実施形態)
以下、本発明を3相用のインバータ装置に具体化した第1の実施形態を図1〜図5にしたがって説明する。
図1及び図2に示すように、インバータ装置11は、銅製の金属ベース20上に複数の絶縁基板としてのセラミック基板21が接合され、セラミック基板21上に半導体チップ23が実装されている。半導体チップ23は、1個のスイッチング素子(MOSFET)及び1個のダイオードが一つのデバイスとして組み込まれている。即ち、半導体チップ23は、図9(b)に示される一つのスイッチング素子Q及び一つのダイオードDを備えたデバイスとなる。
セラミック基板21は、表面に回路パターン24a,24b,24c,24dを有し、裏面にセラミック基板21と金属ベース20とを接合する接合層として機能する金属板25(図5(b)に図示)を有するセラミック板26で構成されている。セラミック板26は、例えば、窒化アルミニウム、アルミナ、窒化ケイ素等により形成され、回路パターン24a,24b,24c,24d及び金属板25は、例えば、アルミニウムや銅等で形成されている。セラミック基板21は、金属板25を介して半田(図示せず)で金属ベース20に接合されている。以下、この明細書では、金属ベース20をインバータ装置11の底部(下部)として説明する。
回路パターン24aはゲート信号用の回路パターン、回路パターン24bはドレイン用の回路パターン、回路パターン24cはソース用の回路パターン、回路パターン24dはソース信号用の回路パターンである。各回路パターン24a,24b,24c,24dは帯状に形成されている。半導体チップ23は、ドレイン用の回路パターン24b上に半田で接合されている。図4に示すように、半導体チップ23は、ゲートとゲート信号用の回路パターン24aとの間、ソースとソース用の回路パターン24cとの間及びソースとソース信号用の回路パターン24dとの間をワイヤボンディングにより電気的に接続されている。
金属ベース20はほぼ矩形状に形成され、セラミック基板21も矩形状に形成されている。セラミック基板21は12個設けられ、長手方向が金属ベース20の長手方向と直交する状態で各列6個となるように2列、6行に配置されている。そして、各行の2個のセラミック基板21上に配置された半導体チップ23がインバータ回路の各アームを構成し、図1において、上アーム及び下アームが下側から交互に順に3組配置されている。この実施形態では、図4に示すように、半導体チップ23は、各セラミック基板21上に2個ずつ実装されており、4個の半導体チップ23がそれぞれ1つのアームを構成する。即ち、上アーム及び下アームの各スイッチング素子は、複数(この実施形態では4個)の半導体チップ23を並列に接続して構成され、各スイッチング素子の複数の半導体チップ23は2つのグループに同数ずつ分けられた状態でセラミック基板21の回路パターン24b上に実装されている。半導体チップ23は回路パターン24bの長手方向中央部にスペースが存在し、スペースの両側に半導体チップ23が1個ずつ位置するように配置されている。
金属ベース20の上方には板状導体で形成された正極用配線部材27及び負極用配線部材28が、セラミック基板21と平行に、かつ相互に絶縁された状態で近接して重なるように配置されている。正極用配線部材27及び負極用配線部材28の間には、両者の電気的絶縁性を確保するための絶縁部材(図示せず)が配置されている。この実施形態では、正極用配線部材27の上方に負極用配線部材28が配置されている。負極用配線部材28上には、複数(この実施形態では4個)の電源用のコンデンサ29が正極端子及び負極端子が下向きになる状態で配置されている。正極用配線部材27は図9(a)における配線63に、負極用配線部材28は図9(a)における配線65にそれぞれ相当する。
コンデンサ29の正極端子が正極用配線部材27に接合され、コンデンサ29の負極端子が負極用配線部材28に接合されている。正極用配線部材27及び負極用配線部材28は、それぞれ幅方向の両端部に端子部27a,28aが複数(この実施形態では3対6個)形成されている。端子部27a,28aは、セラミック基板21側に向かって延びるように屈曲し、さらに回路パターン24b又は回路パターン24cに接合される接合部27b,28bが配線部材27,28と平行に延びるように屈曲形成されている。そして、
端子部27a,28aは、接合部27b,28bが回路パターン24b又は回路パターン24cの中央部に超音波接合されている。
即ち、正極用配線部材27は、前記2つのグループの半導体チップ23が実装された回路パターン24bに対して異なる端子部27aを介して電気的に接続されている。また、負極用配線部材28は、半導体チップ23とワイヤボンディングにより電気的に接合された回路パターン24cに対して、異なる端子部28aを介して電気的に接続されている。
なお、正極用配線部材27及び負極用配線部材28には、幅方向の端部両側に、各端子部27a,28aの一部と連続するとともに互いに重なる状態で配置される垂下部27c,28cが形成されている。
図1及び図2に示すように、金属ベース20には、その周縁に沿うように電気的絶縁性の支持枠30が、全てのセラミック基板21を枠内に収容する状態に固定されている。正極用配線部材27の長手方向の一端部には、外部電源入力用のプラス入力端子27piが、一部が支持枠30の外側に位置するように配置されている。負極用配線部材28には、その長手方向の正極用配線部材27のプラス入力端子27piが形成された側と反対側の端部に、外部電源入力用のマイナス入力端子28miが形成され、一部が支持枠30の外側に位置するように配置されている。
図1及び図2に示すように、インバータ装置11の3つの出力電極部材32U,32V,32Wは、側面ほぼL字状に形成されるとともに、上方に向かって延びる部分が支持枠30の近くに位置し、横方向に延びる部分が正極用配線部材27の下方においてその長手方向と直交する状態で配置されている。
各出力電極部材32U,32V,32Wは板状導体製で、同じ形状に形成されている。図3に示すように、出力電極部材32Uは、平面矩形状に形成されるとともに四隅にそれぞれL字状の支持片33aが形成された本体部33と、側面略L字状の電極部34とから構成されている。そして、電極部34の本体部33の上面と平行に延びる部分34aの先端34bが、本体部33の上面に接合されている。
本体部33は、長辺が正極用配線部材27の幅方向の長さより僅かに短く、短辺がセラミック基板21の幅方向の長さとほぼ同じ長さに形成されている。そして、出力電極部材32Uの先端側(図3の右側)に向かって本体部33の右側に、上アームの一方のグループの半導体チップ23と電気的に接合された回路パターン24cに接合される第1接合部35aと、上アームの他方のグループの半導体チップ23と電気的に接合された回路パターン24cに接合される第2接合部36aとを備えている。また、出力電極部材32Uの先端側(図3の右側)に向かって本体部33の左側に、下アームの一方のグループの半導体チップ23が実装された回路パターン24bに接合される第3接合部35bと、上アームの他方のグループの半導体チップ23が実装された回路パターン24bに接合される第4接合部36bとを備えている。本体部33の四隅に形成された支持片33aの下部が各接合部35a,35b,36a,36bを構成している。即ち、2個の接合部35a,35bが電極部34の屈曲部寄りに、2個の接合部36a,36bが本体部33の先端両側にそれぞれ形成されている。
電極部34の先端34bの接合位置は、本体部33の中央からずれることで、第1接合部35aから電極部34の先端34bまでの電流経路のインダクタンスL3と、第2接合部36aから電極部34の先端34bまでの電流経路のインダクタンスL4が異なるように形成されている。また、電極部34は、本体部33の2個の接合部35a,35bを超音波接合する際に支障とならないように、本体部33の上面と平行に延びる部分34aが2個の接合部35a,35bの上方を覆わないように、部分34aの本体部33と重ならない箇所が切り欠かれた形状に形成されている。
出力電極部材32Uは、第1のスイッチング素子Q1及びダイオードD1で構成される上アームのソース用の回路パターン24cに第1接合部35a及び第2接合部36aで超音波接合されている。また、第2のスイッチング素子Q2及びダイオードD2で構成される下アームのドレイン用の回路パターン24bに第3接合部35b及び第4接合部36bで超音波接合されている。出力電極部材32Vは、第3のスイッチング素子Q3及びダイオードD3で構成される上アームのソース用の回路パターン24cに第1接合部35a及び第2接合部36aで超音波接合されている。また、第4のスイッチング素子Q4及びダイオードD4で構成される下アームのドレイン用の回路パターン24bに第3接合部35b及び第4接合部36bで超音波接合されている。出力電極部材32Wは、第5のスイッチング素子Q5及びダイオードD5で構成される上アームのソース用の回路パターン24cに第1接合部35a及び第2接合部36aで超音波接合されている。また、第6のスイッチング素子Q6及びダイオードD6で構成される下アームのドレイン用の回路パターン24bと第3接合部35b及び第4接合部36bで超音波接合されている。
各アームに対応するそれぞれ2個のセラミック基板21のうち、出力電極部材32U,32V,32Wの先端側と対応するセラミック基板21のゲート信号用の回路パターン24aには、駆動信号入力端子G1〜G6の第1端部が、ソース信号用の回路パターン24dには信号端子S1〜S6の第1端部が、それぞれ接合されている。各端子G1〜G6,S1〜S6は、第2端部が支持枠30から突出するように、支持枠30を貫通する状態で支持枠30に一体成形されている。なお、図4に示すように、各アームを構成する2個のセラミック基板21上に形成された、回路パターン24a同士及び回路パターン24d同士はそれぞれワイヤボンディングで電気的に接続されている。
なお、支持枠30内には半導体チップ23の絶縁性確保や保護及び正極用配線部材27と出力電極部材32U,32V,32Wとの絶縁確保のためにシリコーンゲル(図示せず)が充填、硬化されている。
図5(a)は一組の上アーム及び下アームを構成するセラミック基板21及び半導体チップ23と、正極用配線部材27及び負極用配線部材28の接合部27b,28b、コンデンサ29の正極端子29a及び負極端子29bとの関係を示す模式平面図である。図5(a)に示すように、コンデンサ29の正極端子29a及び負極端子29b(いずれも、2点鎖線で図示)は、正極用配線部材27及び負極用配線部材28の長手方向(図5(a)の上下方向)に延びる直線上に位置するように配置されている。そして、正極用配線部材27及び負極用配線部材28にそれぞれ形成されたコンデンサ用接合部27d,28dは、正極用配線部材27及び負極用配線部材28の幅方向に延びるように形成され、コンデンサ用接合部27d,28dの先端部及び両側部の周縁には孔27e,28eが形成されている。そのため、正極端子29aから一方の上アーム(図5(a)の左側の上アーム)の接合部27bまでの電流経路37の長さと、正極端子29aから他方の上アーム(図5(a)の右側の上アーム)の接合部27bまでの電流経路38の長さとが異なる。即ち、コンデンサ29の正極端子29aから半導体チップ23のドレインまでの電流経路37に対応するインダクタンスL1と、コンデンサ29の正極端子29aから半導体チップ23のドレインまでの電流経路38のインダクタンスL2も異なる。なお、電流経路37,38は実線の矢印で図示している。
このため上アームの2つの回路パターン24cに接合された第1接合部35aから電極部34の先端34bまでの電流経路39のインダクタンスL3と、第2接合部36aから電極部34の先端34bまでの電流経路40のインダクタンスL4の大きさを適切に調整しないと、各半導体チップ23の電流・電圧がアンバランスしてしまう。この経路長の違いによって起こる電流・電圧のアンバランスを抑制するため、各出力電極部材32U,32V,32Wは、本体部33の上面に対する電極部34の先端34bの接合位置が設定されている。具体的には、先端34bの本体部33上面に対する接合位置が、第1接合部35aから電極部34の先端34bまでの電流経路39のインダクタンスL3と、第2接合部36aから電極部34の先端34bまでの電流経路40のインダクタンスL4とが、前記インダクタンスL1,L2と次の関係を満たすように設定されている。なお、電流経路39,40は破線の矢印で図示している。
L1+L3=L2+L4
この実施形態では、インダクタンスL1がインダクタンスL2より大きいため、インダクタンスL3がインダクタンスL4より小さくなるように、即ち第1接合部35aから先端34bまでの電流経路39の長さが第2接合部36aから先端34bまでの電流経路40の長さより短くなるように先端34bの接合位置が設定される。電極部34は、本体部33に対して接合位置より図5(b)の左側において重なって近接する状態に位置するため、電流が流れる際に相互インダクタンスの効果により電流経路が重なっていない場合に比べてインダクタンスL3が小さくなる。そのため、先端34bの接合位置を設定する際は、両電流経路39,40の物理的な経路長の比較だけで接合位置を設定するのではなく、電流経路39の相互インダクタンスの影響あるいは正極用配線部材27との間の相互インダクタンスの影響も考慮して接合位置を設定するのが好ましい。
次に前記のように構成されたインバータ装置11の作用を説明する。
インバータ装置11は、例えば、車両の電源装置の一部を構成するものとして使用される。インバータ装置11は、プラス入力端子27pi及びマイナス入力端子28miが直流電源(図示せず)に接続され、U相端子U、V相端子V及びW相端子Wがモータ(図示せず)に接続され、駆動信号入力端子G1〜G6及び信号端子S1〜S6が制御装置(図示せず)に接続された状態で使用される。
上アームの第1、第3及び第5のスイッチング素子Q1,Q3,Q5及び下アームの第2、第4及び第6のスイッチング素子Q2,Q4,Q6がそれぞれ所定周期でオン、オフ制御されることによりモータに交流が供給されてモータが駆動される。
正極用配線部材27及び負極用配線部材28には、スイッチング素子Q1〜Q6のスイッチング時に急峻に立ち上がる電流又は立ち下がる電流が流れ、その電流は正極用配線部材27及び負極用配線部材28で逆方向となる。正極用配線部材27及び負極用配線部材28は板状導体製で、互いに近接して平行に配置されているため、相互インダクタンスの効果により配線インダクタンスが低減する。また、垂下部27c,28cも平行に近接して配置されているため、垂下部27c,28cが存在しない場合に比較して、配線インダクタンスがより低減する。
各スイッチング素子Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6は、それぞれ並列に接続された複数の半導体チップ23で構成され、各スイッチング素子Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6を構成する半導体チップ23は、それぞれ2つのセラミック基板21の回路パターン24b上に実装されている。そして、コンデンサ29の正極端子29aから各回路パターン24bに接合された正極用配線部材27の接合部27bまでの電流経路37のインダクタンスL1は、電流経路38のインダクタンスL2より大きくなっている。しかし、各出力電極部材32U,32V,32Wの第1接合部35aから先端34bまでの電流経路39のインダクタンスL3及び第2接合部36aから先端34bまでの電流経路40のインダクタンスL4がL1+L3=L2+L4を満たすように設定されている。そのため、各上アームにおいて、コンデンサ29の正極端子29aから両セラミック基板21の回路パターン24b上に実装された半導体チップ23(スイッチング素子)を経て各出力電極部材32U,32V,32Wの電極部34の先端34bまで流れる電流や電圧のアンバランスが抑制されてバランスが良くなる。
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
(1)上アームの各スイッチング素子を構成するため並列に接続された複数の半導体チップ23は、2つのグループに同数ずつ分けられた状態で異なるセラミック基板21の回路パターン24b上に実装され、正極用配線部材27は、異なる端子部27aを介して2つのグループの半導体チップ23が実装された回路パターン24bと電気的に接続されている。そのためコンデンサ29の正極端子29aから各出力電極部材32U,32V,32Wの電極部34の先端34bまでの電流経路は、正極端子29aから回路パターン24bに接合された一方の端子部27aまでの電流経路37と、正極端子29aから回路パターン24bに接合された他方の端子部27aまでの電流経路38の2経路になる。そして、電流経路37のインダクタンスL1が電流経路38のインダクタンスL2より大きくなる。しかし、各出力電極部材32U,32V,32Wの第1接合部35aから電極部34の先端34bまでの電流経路39のインダクタンスL3と、第2接合部36aから電極部34の先端34bまでの電流経路40のインダクタンスL4とが、L1+L3=L2+L4を満たすように設定されている。したがって、上アーム及び下アームの各スイッチング素子が複数の半導体チップ23を並列に接続して構成され、電源用のコンデンサ29を備えた電力変換装置において、コンデンサ29から半導体チップ23を経て出力電極の合流部までの経路長の違いに起因する電流、電圧のアンバランスを抑制することができる。また、各出力電極部材32U,32V,32Wの形状を変えるだけで、簡単に対応することができる。
(2)出力電極部材32U,32V,32Wは、本体部33の上面に電極部34の先端34bが接合され、先端34bの接合位置が本体部33の中央からずれることでインダクタンスL3とインダクタンスL4が異なるように形成されている。したがって、出力電極部材32U,32V,32Wを構成する本体部33の上面に対する電極部34の先端34bの接合位置を本体部33の中央からずらすという簡単な構成で、インダクタンスL3及びインダクタンスL4の値を異ならせることができ、接合位置によりインダクタンスL3及びインダクタンスL4の値が適切な値に設定される。
(3)出力電極部材32U,32V,32Wは、電極部34が先端34bより基端側において、本体部33に近接して平行に延びるように形成されている。したがって、相互インダクタンスの効果でインダクタンスL3の値が、実際の電流経路39の長さより短い長さの電流経路に対応する値になるため、電極部34と本体部33との相互インダクタンスが小さいか無い構成に比べて、本体部33に対する接合位置を少しずらすだけでインダクタンスL3を小さくできる。
(4)第1接合部35a及び第2接合部36aと、第3接合部35b及び第4接合部36bとは、共通の本体部33に形成されている。したがって、第1接合部35a及び第2接合部36aと、第3接合部35b及び第4接合部36bとがそれぞれ本体部を別々に有する構成にした場合に比べて、構成が簡単になるとともに、大電流に対応し易い。
(5)電極部34は、本体部33の上面と平行に延びる部分34aの本体部33と重ならない箇所が切り欠かれた形状に形成されている。したがって、電極部34の部分34a
が2個の接合部35a,35bの上方を覆わないため、2個の接合部35a,35bを支障なく超音波接合で回路パターン24b,24cに接合することができる。
(6)下アームのスイッチング素子も複数の半導体チップ23を並列に接続して構成されるとともに、複数の半導体チップ23は2つのグループに分けられて回路パターン24b上に実装されている。そして、コンデンサ29の負極端子29bは負極用配線部材28のコンデンサ用接合部28dに、正極端子29aのコンデンサ用接合部27dに対する位置関係と同じ位置関係で接続されている。また、各出力電極部材32U,32V,32Wの第3接合部35b及び第4接合部36bの回路パターン24bに対する接合状態は、第1接合部35a及び第2接合部36aの回路パターン24bに対する接合状態と同じ位置関係で接合されている。したがって、下アームにおいて、各出力電極部材32U,32V,32Wの電極部34の部分34aから半導体チップ23を経てコンデンサ29の負極端子29bまでの経路長の違いに起因する電流、電圧のアンバランスを抑制することができる。
(第2の実施形態)
次に第2の実施形態を図6及び図7にしたがって説明する。この実施形態では、出力電極部材32U,32V,32Wの本体部33の形状が前記第1の実施形態と異なっており、その他の構成は同じである。前記第1の実施形態と同様の部分は同一の符号を付して詳しい説明を省略する。図6に示すように、本体部33は中間部の幅が両端部の幅より狭く形成されている。また、幅が狭く形成された部分の板厚は、幅を狭くしても電流が流れる際の抵抗増大を抑制するために両端部の板厚より厚く形成されている。なお、図6には出力電極部材32Uを図示している。
インバータ装置11では、一組の上アーム及び下アームの接合点に接続される出力電極部材32U,32V,32Wは、他の組のアームから負荷(モータ)に電流が流れる際に、負荷に流れた後の電流がコンデンサの負極に戻す経路の一部を構成する場合がある。例えば、図9(a)において、U相端子Uから電流が出力される場合、第1のスイッチング素子Q1及び第4のスイッチング素子Q4がオンになり、第1のスイッチング素子Q1及びU相端子Uを経て負荷に流れた後の電流は、V相端子V及び第4のスイッチング素子Q4を経てコンデンサ67に戻る。
そして、ある一組のアームの上アームのスイッチング素子がオンの状態からオフにスイッチングされる際、オフ状態にある下アームのスイッチング素子と逆並列に接続されているダイオードにフライホイール電流が流れる。そのため、図7に示すように、本体部33においてそれまで第1接合部35a及び第2接合部36aから先端34bに向かって流れていた出力電流Ioは次第に減少して零になる。一方、第3接合部35b及び第4接合部36bから先端34bに向かって流れるフライホイール電流Ifは次第に増加する。その後、フライホイール電流も零になる。出力電流Io及びフライホイール電流Ifの向きは同じであるが、出力電流Ioは次第に減少し、フライホイール電流Ifは次第に増加する。そして、出力電流Io及びフライホイール電流Ifの電流経路が近くなって沿う状態になるため、相互作用によりインダクタンスが低減する。
この第2の実施形態によれば、第1の実施形態の(1)〜(6)と同等の効果に加えて以下の効果を得ることができる。
(7)第1接合部35aから電極部34の先端34bまでの電流経路と、第3接合部35bから電極部34の先端34bまでの電流経路との間隔が、第1接合部35aと第3接合部35bとの間隔より狭くなるように構成されている。また、第2接合部36aから電極部34の先端34bまでの電流経路と、第4接合部36bから電極部34の先端34bまでの電流経路との間隔が第2接合部36aと第4接合部36bとの間隔より狭くなるように構成されている。したがって、一組のアームの上アームのスイッチング素子がオンの状態からオフにスイッチングされる際、本体部33に流れる出力電流Io及びフライホイール電流Ifの相互作用により、インダクタンスが低減する。
(8)本体部33は、その長手方向の中間部の幅が、第1接合部35aと第3接合部35bの間の幅及び第2接合部36aと第4接合部36bの間の幅より狭くなるように形成されている。したがって、本体部33に流れる出力電流Io及びフライホイール電流Ifの電流経路が確実に近づいて沿う状態にすることができる。
(9)本体部33は、長手方向の中間部の幅が狭くなるように形成されているが、その部分の板厚が厚く形成されているため、幅を狭くしても電流が流れる際の抵抗の増大が抑制され、幅を狭くしても電気抵抗の増加による発熱の増加は抑制される。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 出力電極部材32U,32V,32Wの本体部33の中間部の幅を狭くしてインダクタンスを低減させる代わりに、図8(a)に示すように、本体部33の各接合部35a,35b,36a,36b寄りの位置に切り欠き部41を形成してもよい。この場合も、第1接合部35a及び第2接合部36aから電極部34の先端34bに向かって流れる出力電流Ioの経路と、第3接合部35b及び第4接合部36bから電極部34の先端34bに向かって流れるフライホイール電流Ifの経路とが近づくため、相互作用によりインダクタンスを低減することができる。また、切り欠き部41の長さと幅を変えることにより、フライホイール電流Ifと出力電流Ioとの相互作用の程度を調整することができる。なお、図では電極部34の先端34bの幅を本体部33の幅より狭く形成した場合を示しているが、先端34bの幅を本体部33の幅と同じに形成してもよい。
○ 本体部33に流れる出力電流Io及びフライホイール電流Ifの電流経路が近づいた状態にする構成として、図8(b)に示すように、出力電極部材32U,32V,32Wは、電極部34の先端34bの幅を本体部33の幅より狭く形成してもよい。この場合、本体部33の形状を変更せずに電極部34の先端34bの幅を狭くすることで、簡単に本体部33に流れる出力電流Io及びフライホイール電流Ifの電流経路を近づけることができる。
○ 各出力電極部材32U,32V,32Wにおける第2接合部36aから先端34bまでの電流経路40のインダクタンスL4を大きくする方法として、本体部33において、本体部33に対する電極部34の先端34bの接合位置より第2接合部36a寄りの
部分に孔を形成してもよい。例えば、図8(b)に二点鎖線で示すように、第2接合部36aから電極部34の先端34bまでの電流経路の経路長が長くなるように孔42を形成する。また、孔42に加えて切り欠きを設けてもよい。この場合、電極部34の先端34bの接合位置を変えずに孔42を形成することでインダクタンスL4を調整することができる。
○ 本体部33に孔42や切り欠きを設けて第2接合部36aから電極部34の先端34bまでの電流経路のインダクタンスL4を大きくする構成を、先端34bの接合位置を変更する構成と組み合わせてもよい。この場合、先端34bの接合位置の変更でインダクタンスL4の値が目標とする値より小さかった場合の調整用として用いることができる。
○ 正極用配線部材27の電流経路37のインダクタンスL1及び電流経路38のインダクタンスL2と、各出力電極部材32U,32V,32Wの電流経路39のインダクタンスL3及び電流経路40のインダクタンスL4とがL1+L3=L2+L4を満たすように設定されていればよく、L3<L4の構成に限らない。例えば、L1<L2の場合は、L3>L4になるように、L1=L2の場合は、L3=L4になるように、電極部34の先端34bの接合位置や本体部33の形状が設定される。
○ 各出力電極部材32U,32V,32Wは、電極部34の部分34aが本体部33の上面に近接して平行に延びる構成、即ち相互インダクタンス作用により第1接合部35aから先端34b間での電流経路39のインダクタンスL3が小さくなる構成に限らない。電極部34と本体部33との相互インダクタンスが小さくならない構成としては、例えば、電極部34が本体部33と垂直に延びた後、本体部33から離れた位置で本体部33と平行に延びるように構成する。
○ 第1接合部35a及び第2接合部36aと、第3接合部35b及び第4接合部36bとを共通の本体部33に形成せずに、それぞれ本体部を別々に有する構成にしてもよい。
○ 2個の接合部35a,35bを支障なく超音波接合で回路パターン24b,24cに接合する構成として、本体部33の上面に対して平行に延びる部分34aにおいて2個の接合部35a,35bと対向する部分に孔を形成してもよい。
○ 各アームを構成するスイッチング素子Q及びダイオードDの組は4組に限らず、各アームを流れる電流量の大きさによって3組以下でも5組以上でもよい。
○ コンデンサ29の数は4個に限らず、インバータ装置11の定格電流値及び使用するコンデンサの容量により決まり、3個以下でも5個以上でもよい。
○ セラミック基板21に代えて、絶縁基板として金属基板の表面に絶縁層を形成し、絶縁層上に回路パターン24a,24b,24c,24dを形成した構成の物を使用してもよい。
○ 各アームの各スイッチング素子を構成するため並列に接続された複数の半導体チップ23は2つのグループに同数ずつ分けられた状態でセラミック基板21(絶縁基板)の回路パターン24b上に実装されていればよく、2個のセラミック基板21上に形成された回路パターン24b上に実装される構成に限らない。例えば、2個のセラミック基板21が連続する長さの1個のセラミック基板21上に、回路パターン24b,24cをそれぞれ2個形成し、回路パターン24a,24dは連続した1個のパターンとしてもよい。
○ インバータ装置11は、3相交流を出力する構成に限らず、単相交流を出力する構成としてもよい。単相交流を出力する構成では上アーム及び下アームの組が2組存在する。
○ 半導体チップ23はMOSFETに限らず、他のパワートランジスタ(例えば、IGBT(絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ))やサイリスタを使用してもよい。
以下の技術的思想(発明)は前記実施形態から把握できる。
(1)請求項4に記載の発明において、前記本体部は、その長手方向の中間部の幅が前記第1接合部と前記第3接合部の間の幅及び前記第2接合部と前記第4接合部の間の幅より狭くなるように形成されている。
(2)請求項1〜請求項6及び前記技術的思想(1)に記載の発明において、前記電極部は、前記本体部に近接して平行に延びるように形成されている。
第1の実施形態におけるインバータ装置のカバーを省略した平面図。 正極用配線部材、負極用配線部材、セラミック基板、出力電極部材等の関係を示す模式分解斜視図。 出力電極部材の斜視図。 1組のアームの回路パターン、半導体チップ及び接合部等の関係を示す模式図。 (a)は正極端子と各接合部との関係を示す模式図、(b)は出力電極部材と正極用配線部材等との関係を示す図1のA−A線で破断した要部模式断面図。 第2の実施形態における出力電極部材の模式平面図。 出力電流及びフライホイール電流の変化を概略的に示すグラフ。 (a),(b)は別の実施形態における出力電極部材の模式平面図。 (a)はインバータ装置の回路図、(b)は一つのアームの回路図。 従来技術のインバータ装置の模式図。 コンデンサの正極端子から出力電極部材の接合点までの電流経路のインダクタンスを模式的に示す回路図。
符号の説明
Q,Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6…スイッチング素子、11…電力変換装置としてのインバータ装置、21…絶縁基板としてのセラミック基板、23…半導体チップ、24b,24c…回路パターン、27…正極用配線部材、27a,28a…端子部、27b,28b…接合部、28…負極用配線部材、29…コンデンサ、29a…正極端子、29b…負極端子、32U,32V,32W…出力電極部材、33…本体部、34…電極部、34b…先端、35a…第1接合部、35b…第3接合部、36a…第2接合部、36b…第4接合部、37,38,39,40…電流経路、41…切り欠き部、42…孔。

Claims (6)

  1. 上アーム及び下アームの各スイッチング素子が複数の半導体チップを並列に接続して構成され、電源用のコンデンサの正極端子が、相互に電気的に絶縁された状態で近接して平行に配置された板状導体製の正極用配線部材及び負極用配線部材のうちの正極用配線部材に接合され、前記コンデンサの負極端子が前記負極用配線部材に接合され、板状導体製の出力電極部材が前記上アーム及び下アームの接合点に接合されている電力変換装置であって、
    前記各スイッチング素子の複数の半導体チップは2つのグループに同数ずつ分けられた状態で絶縁基板の回路パターン上に実装され、
    前記正極用配線部材は、異なる端子部を介して前記2つのグループの半導体チップが実装された回路パターンと電気的に接続され、
    前記出力電極部材は、前記上アームの前記一方のグループの半導体チップと電気的に接合された回路パターンに接合された第1接合部と、前記上アームの前記他方のグループの半導体チップと電気的に接合された回路パターンに接合された第2接合部とを備えた本体部と、先端が前記本体部に接合された電極部とを備え、
    前記正極端子から前記一方のグループの半導体チップが実装された回路パターンに接合された端子部までの電流経路のインダクタンスをL1、前記正極端子から前記他方のグループの半導体チップが実装された回路パターンに接合された端子部までの電流経路のインダクタンスをL2、前記第1接合部から前記電極部の先端までのインダクタンスをL3、前記第2接合部から前記電極部の先端までのインダクタンスをL4とした場合、L1+L3=L2+L4が成立するように前記出力電極部材を形成したことを特徴とする電力変換装置。
  2. 前記出力電極部材は、前記本体部の上面に前記電極部の先端が接合され、前記先端の接合位置が前記本体部の中央からずれることで前記インダクタンスL3と前記インダクタンスL4が異なるように形成されている請求項1に記載の電力変換装置。
  3. 前記本体部は、前記電極部の先端の接合位置より前記第2接合部寄りに前記インダクタンスL4を大きくするための孔が形成されている請求項1又は請求項2に記載の電力変換装置。
  4. 前記出力電極部材は、前記本体部に、前記第1接合部及び第2接合部に加えて、前記下アームの前記一方のグループの半導体チップと電気的に接合された回路パターンに接合された第3接合部と、前記下アームの前記他方のグループの半導体チップと電気的に接合された回路パターンに接合された第4接合部とを備え、かつ前記第1接合部から前記電極部の先端の接合部までの電流経路と、前記第3接合部から前記電極部の先端の接合部までの電流経路との間隔が前記第1接合部と前記第3接合部との間隔より狭くなり、前記第2接合部から前記電極部の先端の接合部までの電流経路と、前記第4接合部から前記電極部の先端の接合部までの電流経路との間隔が前記第2接合部と前記第4接合部との間隔より狭くなるように構成されている請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  5. 前記出力電極部材は、前記電極部の先端の幅が前記本体部の幅より狭く形成されている請求項4に記載の電力変換装置。
  6. 前記出力電極部材は、前記本体部の前記各接合部寄りの位置に、前記本体部の幅方向端部から幅方向に延びる切り欠き部が形成されている請求項4または請求項5に記載の電力変換装置。
JP2008132264A 2008-05-20 2008-05-20 電力変換装置 Expired - Fee Related JP4561874B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008132264A JP4561874B2 (ja) 2008-05-20 2008-05-20 電力変換装置
EP09004350.6A EP2124325B1 (en) 2008-05-20 2009-03-26 Power converter
US12/465,014 US8045352B2 (en) 2008-05-20 2009-05-13 Power converter
CN200910142974.2A CN101588142A (zh) 2008-05-20 2009-05-19 功率转换器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008132264A JP4561874B2 (ja) 2008-05-20 2008-05-20 電力変換装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009284604A true JP2009284604A (ja) 2009-12-03
JP4561874B2 JP4561874B2 (ja) 2010-10-13

Family

ID=40937391

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008132264A Expired - Fee Related JP4561874B2 (ja) 2008-05-20 2008-05-20 電力変換装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8045352B2 (ja)
EP (1) EP2124325B1 (ja)
JP (1) JP4561874B2 (ja)
CN (1) CN101588142A (ja)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009296727A (ja) * 2008-06-03 2009-12-17 Toyota Industries Corp 電力変換装置
JP2012095472A (ja) * 2010-10-28 2012-05-17 Mitsubishi Electric Corp 電力変換装置
JP2014050260A (ja) * 2012-08-31 2014-03-17 Fuji Electric Co Ltd 電力変換装置
JP2014155287A (ja) * 2013-02-06 2014-08-25 Fuji Electric Co Ltd 半導体装置
WO2015025580A1 (ja) * 2013-08-23 2015-02-26 日立オートモティブシステムズ株式会社 電力変換装置
JP2019009936A (ja) * 2017-06-27 2019-01-17 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換装置
CN110419158A (zh) * 2017-03-30 2019-11-05 爱信艾达株式会社 逆变器单元
WO2022137811A1 (ja) * 2020-12-21 2022-06-30 富士電機株式会社 半導体ユニット及び半導体装置
DE102022101136B4 (de) 2022-01-19 2023-11-16 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Elektrische Maschine

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8343976B2 (en) * 2009-04-20 2013-01-01 Institute For Oneworld Health Compounds, compositions and methods comprising pyrazole derivatives
JP5516999B2 (ja) * 2011-10-21 2014-06-11 株式会社デンソー 電源装置
US8637964B2 (en) * 2011-10-26 2014-01-28 Infineon Technologies Ag Low stray inductance power module
CN104380587B (zh) * 2012-05-31 2017-05-31 东芝三菱电机产业系统株式会社 功率转换装置
JP6057734B2 (ja) * 2013-01-18 2017-01-11 三菱電機株式会社 電力変換装置
WO2014122877A1 (ja) * 2013-02-06 2014-08-14 富士電機株式会社 半導体装置
US9148985B2 (en) * 2013-03-15 2015-09-29 Eaton Corporation Power pole inverter
US9241430B2 (en) * 2013-03-15 2016-01-19 Eaton Corporation Power pole isolated heat pipe inverter assembly
CN105450040B (zh) * 2014-08-28 2018-11-06 株洲南车时代电气股份有限公司 一种标准化功率模块单元
CN106133908B (zh) * 2014-10-10 2018-12-25 富士电机株式会社 半导体装置及汇流条
JP6672908B2 (ja) * 2016-03-10 2020-03-25 富士電機株式会社 半導体装置及び半導体装置の製造方法
JP6643972B2 (ja) * 2016-12-13 2020-02-12 日立オートモティブシステムズ株式会社 バスバ構造およびそれを用いた電力変換装置
JP6317516B1 (ja) * 2017-11-01 2018-04-25 高周波熱錬株式会社 直流平滑回路、インバータ、及び電源装置
US10790758B2 (en) * 2018-03-08 2020-09-29 Chongqing Jinkang New Energy Vehicle Co., Ltd. Power converter for electric vehicle drive systems
JP2020013908A (ja) * 2018-07-18 2020-01-23 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 電子部品の実装構造

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04229079A (ja) * 1990-12-27 1992-08-18 Hitachi Ltd 半導体スイッチの並列接続方法、スイッチ回路及びインバータ装置
JPH077958A (ja) * 1993-06-15 1995-01-10 Hitachi Ltd 電力変換装置
JPH07245951A (ja) * 1994-03-07 1995-09-19 Toshiba Corp 半導体スタック
JPH11275867A (ja) * 1998-03-18 1999-10-08 Shinko Electric Co Ltd インバータ装置の出力回路の配線方法
JP2000350475A (ja) * 1999-05-31 2000-12-15 Hitachi Ltd 半導体回路
JP2002353407A (ja) * 2001-05-30 2002-12-06 Fuji Electric Co Ltd 半導体素子の並列接続用導体
JP2004040944A (ja) * 2002-07-05 2004-02-05 Meidensha Corp 電気車制御装置
JP2005237118A (ja) * 2004-02-19 2005-09-02 Toyota Motor Corp バスバー構造体とそれが利用されている電力変換装置
JP2005261035A (ja) * 2004-03-10 2005-09-22 Toyota Motor Corp 半導体装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6212087B1 (en) * 1999-02-05 2001-04-03 International Rectifier Corp. Electronic half bridge module
US6972972B2 (en) * 2002-04-15 2005-12-06 Airak, Inc. Power inverter with optical isolation
JP4277169B2 (ja) * 2003-01-06 2009-06-10 富士電機デバイステクノロジー株式会社 電力用半導体モジュール
US7505294B2 (en) * 2003-05-16 2009-03-17 Continental Automotive Systems Us, Inc. Tri-level inverter
US7289343B2 (en) * 2003-12-17 2007-10-30 Siemens Vdo Automotive Corporation Architecture for power modules such as power inverters
JP4346504B2 (ja) 2004-06-03 2009-10-21 株式会社東芝 パワー半導体モジュールを備えた電力変換装置
JP4496896B2 (ja) * 2004-09-02 2010-07-07 トヨタ自動車株式会社 電力変換装置
JP4911370B2 (ja) * 2006-02-17 2012-04-04 株式会社安川電機 電力変換装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04229079A (ja) * 1990-12-27 1992-08-18 Hitachi Ltd 半導体スイッチの並列接続方法、スイッチ回路及びインバータ装置
JPH077958A (ja) * 1993-06-15 1995-01-10 Hitachi Ltd 電力変換装置
JPH07245951A (ja) * 1994-03-07 1995-09-19 Toshiba Corp 半導体スタック
JPH11275867A (ja) * 1998-03-18 1999-10-08 Shinko Electric Co Ltd インバータ装置の出力回路の配線方法
JP2000350475A (ja) * 1999-05-31 2000-12-15 Hitachi Ltd 半導体回路
JP2002353407A (ja) * 2001-05-30 2002-12-06 Fuji Electric Co Ltd 半導体素子の並列接続用導体
JP2004040944A (ja) * 2002-07-05 2004-02-05 Meidensha Corp 電気車制御装置
JP2005237118A (ja) * 2004-02-19 2005-09-02 Toyota Motor Corp バスバー構造体とそれが利用されている電力変換装置
JP2005261035A (ja) * 2004-03-10 2005-09-22 Toyota Motor Corp 半導体装置

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009296727A (ja) * 2008-06-03 2009-12-17 Toyota Industries Corp 電力変換装置
JP2012095472A (ja) * 2010-10-28 2012-05-17 Mitsubishi Electric Corp 電力変換装置
JP2014050260A (ja) * 2012-08-31 2014-03-17 Fuji Electric Co Ltd 電力変換装置
JP2014155287A (ja) * 2013-02-06 2014-08-25 Fuji Electric Co Ltd 半導体装置
WO2015025580A1 (ja) * 2013-08-23 2015-02-26 日立オートモティブシステムズ株式会社 電力変換装置
JP2015042116A (ja) * 2013-08-23 2015-03-02 日立オートモティブシステムズ株式会社 電力変換装置
CN110419158A (zh) * 2017-03-30 2019-11-05 爱信艾达株式会社 逆变器单元
JP2019009936A (ja) * 2017-06-27 2019-01-17 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換装置
WO2022137811A1 (ja) * 2020-12-21 2022-06-30 富士電機株式会社 半導体ユニット及び半導体装置
JPWO2022137811A1 (ja) * 2020-12-21 2022-06-30
JP7448038B2 (ja) 2020-12-21 2024-03-12 富士電機株式会社 半導体ユニット及び半導体装置
DE102022101136B4 (de) 2022-01-19 2023-11-16 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Elektrische Maschine

Also Published As

Publication number Publication date
US20090290398A1 (en) 2009-11-26
EP2124325A2 (en) 2009-11-25
JP4561874B2 (ja) 2010-10-13
US8045352B2 (en) 2011-10-25
CN101588142A (zh) 2009-11-25
EP2124325B1 (en) 2015-05-27
EP2124325A3 (en) 2014-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4561874B2 (ja) 電力変換装置
JP4582161B2 (ja) 電力変換装置
JP4640423B2 (ja) 電力変換装置
JP4640425B2 (ja) 電力変換装置
JP5724314B2 (ja) パワー半導体モジュール
EP2099119B1 (en) Power converter apparatus
JP3173512U (ja) 半導体装置
JP6836201B2 (ja) 電力変換装置
JP5056595B2 (ja) 電力変換装置
JP2009278772A (ja) インバータモジュール
WO2020239421A1 (en) Three-level power module
JP4196001B2 (ja) 半導体パワーモジュール
JP5092892B2 (ja) 半導体装置
JP2009148077A (ja) 電圧駆動型半導体モジュール及びこれを用いた電力変換器
EP2099121B1 (en) Power converter apparatus
JP5062029B2 (ja) 半導体装置
JP6123722B2 (ja) 半導体装置
JP5092804B2 (ja) 電力変換装置
JP4246040B2 (ja) 半導体装置の実装体
JP5994462B2 (ja) インバータ装置
JP4640424B2 (ja) 電力変換装置
JP5991206B2 (ja) 半導体モジュールおよびインバータモジュール
JP2012209598A (ja) 半導体装置
JP3173510U (ja) 半導体装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100329

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100630

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100706

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100719

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130806

Year of fee payment: 3

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4561874

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130806

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees